„Geo-Processing“ (Teil 2: Processing mit Geodaten)

In einem ersten Post habe ich die Grundlagen von Processing kurz erläutert und auch schon angekündigt, um was es im zweiten Teil gehen soll: Die Visualisierung von geographischen Daten mittels Processing, also eine Art „Geo-Processing“.

Dazu habe ich als Grundlagedaten einen Datensatz über Erdbeben im Jahr 2009 des Carlton College in Minnesota und ein Satellitenbild-Mosaik  aus MODIS-Aufnahmen des Blue Marble-Projekts von NASA Visible Earth verwendet. Das Blue Marble-Bild soll als Hintergrund dienen, vor dem die Erdbebendaten dargestellt werden. Die Projektion des Blue Marble-Bilds ist nicht angegeben, aber aufgrund des Aussehens und der Dimensionen (doppelt so breit als hoch), wird es sich dabei um eine Plate Carrée-Projektion handeln.

Mit Processing kann die Darstellung eines Bilds sehr einfach bewerkstelligt werden:

// Canvas - suitable for Plate Carree projection
int wdth = 1000;
int hght = 500;

PImage img;

void setup() {
 noLoop();                               // Draw only once
 size(wdth, hght);                       // Define canvas size
 smooth();
 img = loadImage("bluemarble.jpg");      // Load backdrop image
 img.resize(wdth, hght);                 // Resize to fit canvas
}

void draw() {
 image(img, 0, 0);                       // Do the actual drawing
}

Obiger Code lädt eine JPG-Datei und stellt sie in einer Processing-Sketch dar. Der Befehl um das Bild zu zeichnen (image(img, 0, 0)) könnte dabei auch direkt in der setup-Funktion stehen. Mit noLoop() wird sichergestellt, dass die draw-Methode nur einmal aufgerufen wird. Dies macht hier Sinn, da weder Animationen noch Interaktionen vorgesehen sind.

Durch Erweitern der draw-Methode können wir relativ einfach eine CSV-Datei mit Erdbebendaten einlesen:

void draw() {
 image(img, 0, 0);                                // Draw background
 String[] lines;
 lines = loadStrings("2009EQ_bearbeitet.csv");    // Read input file
 int index = 1;                                   // Start from 2nd line in file
 float x, y;
 while (index < lines.length) {                   // Iterate through lines in the file
  String[] values = split(lines[index], ';');     // Split lines into individual strings
  x = float(values[2]);                           // Retrieve x coordinate from 3rd column
  y = float(values[1]);                           // Retrieve y coordinate from 2nd column  

  // x and y are in geographic space and in degrees:
  // x = [-180, 180] and y = [-90, 90]

  x = (x + 180) / 360 * wdth;
  y = (-y + 90) / 180 * hght;
  // x and y are now in "screen space" and in pixels:
  // x = [0, wdth] and y = [0, hght]

  stroke(0);
  fill(255, 0, 0);
  ellipse(x, y, 4, 4);            
  index = index + 1;
 }
}

Da die Basiskarte wie oben erwähnt in Plate Carrée-Projektion vorliegt, ist die Projektion der Erdbebendaten von WGS 1984 in Grad ziemlich einfach. Bei Plate Carrée werden die geographische Länge und Breite direkt als kartesische Koordinaten umgesetzt. Im obigen Code müssen die geographischen Koordinaten einfach noch in Bildschirm-Koordinaten umgerechnet werden. Dies geschieht in diesem Code-Teil:

x = (x + 180) / 360 * wdth;
y = (-y + 90) / 180 * hght;

In der Addition wird der Ursprung verschoben, mit der anschliessenden Division und Multiplikation auf die Spannweite der Bildschirmkoordinaten normiert. Speziell ist bei letzteren ja, dass der Ursprung links oben liegt und die Koordinatenwerte nach rechts und nach unten ansteigen.

Anschliessend werden die Farben fürs Zeichnen der Erdbebenstandorte definiert:

stroke(0);
fill(255, 0, 0);

Dabei ist stroke(0) die Kurzform von stroke(0, 0, 0) – wobei die drei Werte RGB  (Rot Grün Blau) entsprechen.

Mit:

  ellipse(x, y, 4, 4);

wird anschliessend für jedes Beben ein Kreise mit 4 Pixeln Durchmesser gezeichnet.

Das Resultat des Codes sehen Sie hier (mit Klick aufs Bild gelangen Sie zur Ausgabe in Processing (benötigt Java Runtime Environment und JavaScript)):

In der Darstellung sieht man sehr schön die Grenzen der tektonischen Platten, die rege Erdbebenaktivität an der Westküste der beiden Amerika und an der Ostküste der südostasiatischen Länder – der sogenannte Ring of fire rund um die Pazifische Platte: